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1、.,第二部分 内模控制器设计,.,1.内模控制原理,内模控制系统结构如图所示,.,内模控制的核心有三部分： 内部模型，用以预测被控对象的输出并加以较正； 内模控制器，调节控制量使生产过程的输出跟踪控制系统的给定值； 滤波器，改善控制系统的鲁棒性。,.,内模控制器的设计思路：使其传递函数为被控对象传递函数的逆,即：,由图1可得,.,所以,当模型匹配，即,.,误差信号为,如果模型与对象完全匹配：误差为零； 若模型与对象不完全匹配：,误差将包含模型失配信息，从而有利于系统鲁棒性的设计。,.,2.内模控制的主要性质,对偶稳定性：如果模型是精确的 ，内模控制内部稳定的充要条件是 和 都是稳定的。 理想控
2、制器的特性：当过程 稳定且模型精确 ，使 ，且模型的逆存在并可实现时 ，在所有时间内和任何干扰作用下 。,.,3.内模控制器的设计方法,问题： (1) 当对象含有时滞特性时 ，控制器物理上是不可实现的 ； (2)当对象模型严格有理，而控制器非有理； (3) 当对象模型含有右半平面零点 ，致控制器本身不稳定，从而使闭环系统也不稳定 ； (4) 由理想控制器构成的控制系统，对于模型误差极为敏感 ，当模型不匹配时，无法确保闭环稳定性。,.,4.内模控制器的设计步骤,第一步设计一个稳定的理想控制器，而不考虑系统的鲁棒性和约束； 第二步引入一个滤波器，通过调整滤波器的结构，使控制其物理可实现，通过参数调
3、整来获得期望的动态品质和鲁棒性。,.,步骤1. 过程模型的分解：,步骤2 . IMC控制器设计,.,通过上述IMC设计步骤后，闭环系统的输出和,误差分别为：,.,当模型完全匹配时,=,除了,中必须包含所有的滞后和右半平面,必须有足够的阶次来满足,物理上的可实现，其它都是可以任意选择。,零点外，还要求,.,5.滤波器的设计,n的取值应保证内模控制器为有理,决定了闭环系统的响应特性,鲁棒性很强,.,6.内模控制器鲁棒性分析,含有不确定性的被控对象模型可以用以下两种方法描述：,为加权函数,.,模型加法和乘法摄动的关系为,.,.,对象稳定，要系统稳定，则要虚线框环节稳定。根据小增益理论,.,结论：,IMC系统的本质是一种开环控制系统 ； (2）当,由于引入了低通滤波器，,系统所能允许的不确定,也就是系统的鲁棒稳定性越好,性大大增加，而随着滤波器参数,的增加而增大，,.,特别地，对于非最小相位系统，因为 中包含不稳定零点，它们往往具有高通性质，为此必须增加 的值以克服它们的影响，而 的增加又提高了系统的鲁棒性。,